尿素节能技改小结

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1、第十五届全国尿素厂年会论文资料集 尿素节能技改小结 汤立存周树蜂 ( 河北迁安化肥股份有限公司0 6 4 4 1 2 ) 4 4 目前国内共有2 0 0 多套中小型尿素装置，总生产能力约为2 2M t a ，这些尿素装置大都 是采用水溶液全循环工艺斯塔米卡邦公司上世纪5 0 年代的技术。该技术能量利用不充 分，消耗高，排出废液含氨和尿素超标的弊端已经很明显，因此如何利用先进技术改造现有 装置，使其达到既提高了生产能力又能低耗环保的要求，努力与国际水平接轨，增加企业生 命力，是国内水溶液全循环尿素装置技改的方向。现就水溶液全循环尿素装置增产节能改造 技术，做简单介绍。 t ， 。 l尿素合成塔改

2、造 一 1 1 改造目的 、 尿素装置中的尿塔设计，小尿素厂一般为2 3m 3 ，中型尿素厂一般为4 l 矗，随着生产 负荷的不断提高，尿素消耗也呈上升趋势。如何达到既增产又降耗，使装置处于最佳经济运 行状态，努力降低生产成本，为企业多创效益，是生产装置稳定运行的最终目的，笔者认为 除了完善操作，优化装置组合外，努力提高C 0 2 转化率是至关重要的。只有这样方能使分 解、吸收系统的负荷不因尿素产量的增加而增加，才能以最少的投资和最低的运行费用，在 短时间内实现生产能力的提高。 1 2 转化率低的原因 在生产实践过程中分析发现，随着尿素合成塔生产负荷的逐渐提高，造成转化率下降的 主要原因有：

3、流量加大，返混加重。生产负荷的增加，使物料流速加快，同时返混现象加重。尿素合 成塔塔板在返混区才占了二分之一塔长区，且塔板间距不统一，难以解决返混问题。 比重的变化加重了返混作用。在塔底进入的液氨( 6 0 0k g m 3 ) 、C 0 2 ( 6 0 0k 咖3 ) 、一甲 液( 6 0 0k g m 3 ) 三种物料的混合密度要比塔顶熔融物的密度小的多，合成塔内物料上移的 过程中，尿素( 1 2 0 0 赡m 3 ) 含量升高，这样一般塔底密度为6 7 5k g m 3 。塔顶熔融物密度为 1 1 0 0k g ，m 3 ，密度相差较大，重的物料往下沉，与向上流动的物料流向相反，近似回流

4、状态， 致使返混进一步加重。、 塔壁效应导致内环流现象的产生。尿液在塔内流动时，因塔壁阻力大，越靠近塔壁流速 越慢，越靠近中心轴位置流速越快，这种塔壁效应与前两项原因叠加会产生一种纵向的从中 心轴往塔壁流动的环流现象，使部分物料在塔内循环而损失了有效容积，负荷越高转化率下 降越严重。 、 尿塔从下往上分为甲铵区和尿素生成区，甲铵区属快速反应区，仅占塔高的1 5 0 1 6 ， 加装左右旋流板混合均匀，该区是影响转化率的关键部位。其余为尿素生成区，是反应完成 生成尿素的区域。 、 1 3 改造方案 j 由尿素合成原理可知，尿素生成是一个可逆放热、体积缩小的反应，如果通过改变物料 组分使反应向正反

5、应方向进行，将会增加动力消耗及吸收负荷，整个尿素合成后工序将要做 较大的变动与调整：而提高合成塔反应温度，将会增加尿素合成塔的腐蚀，提高尿素合成塔 第十五届全国尿素厂年会论文资料集 4 5 操作压力也是有限度的，不符合生产实际：唯有通过改造尿素合成塔内件，调整塔内反应结 构区域，使尿素生成反应按照活塞状态上移，反应才能达到预期的效果，也就是最大限度地 解决合成塔内物料返混，提高汽液接触的比表面积，来提高C 0 2 转化率的最终目的。 新型合成塔内件通过增加塔盘上气相的分散度与气液两相的接触机会和时间与小气流 的扩散，改善物料在合成塔内的流动，减少返混和强化气液两相的接触，带走局部反应热来 提高

6、C 0 2 转化率。新型高效合成塔内件有： 气室型驼峰板内件：由化肥工程技术中心与上海海懋工程公司合作开发；球帽型塔板： 由宁波远东化工有限公司制造：W W S 型尿塔内件：由中国氮肥工业协会会长王文善教授研制。 通过改造尿素合成塔内件，包括改变塔板形式、结构、数量、尺寸、安装间距，调整塔 内反应区域，减少返混，提高汽液接触的比表面积，提高尿塔内的有效反应容积，从而提高 C 0 2 转化率。经过考察，使用效果十分明显，C 0 2 转化率可提高2 , - - 4 ，合成塔能力可增加 2 0 左右，提高了尿塔生产强度。 2中低压系统改造 2 1 预分离改为预精馏 中小型尿素装置原设计的预分离流程中

7、，因一段分解气相温度较高，除带入一吸塔的水 量较多外，带入的热量也高，即使一段吸收塔回流氨量大，氨冷器负荷相对较重。装置负荷 加大后，氨冷器效果不好，且系统不好操作。为解决这一难题，许多厂家已将预分离流程改 为预精馏流程。 预精馏流程中，利用了1 6 0 “ C 的一段分解气在预精馏塔内与合成塔出口尿液进行逆向流 动的传质和传热，气相中的水蒸汽被冷凝放出显热与冷凝热，同时，气相中的氨与二氧化碳 气体也放出显热，使出预精馏塔的尿液温度上升，这样就提高了进一分加热器尿液的温度， 因此，可以节约一部分一段分解加热器的蒸汽消耗。同时使出精馏段的气体温度降低，气相 中的水蒸汽分压也降低，气相含水量减少，

8、( 据测算，预精馏流程比预分离流程减少水量7 9 k g t 尿素) ，这样在吸收系统回收时，使分解气中的氨与二氧化碳生成较浓的甲铵液，减少 进合成塔的水量，有利提高二氧化碳的转化率。 改为预精馏流程后，优化了一、二段循环工艺，系统水平衡条件改善，入塔H 2 0 C 0 2 降低，有利于尿塔转化率的提高。 2 2 增设一吸外冷器 预精馏塔出口气体经过一段蒸发加热器底部换热后进入一段吸收塔的底部。气体中的二 氧化碳和氨生成氨基甲酸铵时，会在吸收塔的底部放出大量热。为了将底部温度控制在 9 0 - 9 5 “ C ，需从底部移走热量。生产负荷加大后，吸收塔底部热量不能全部移走，容易造成 塔底超温，

9、导致吸收塔气相出口温度升高。二氧化碳吸收不完全，而带入氨冷器，在此处( 低 温条件下) 与N I - 1 3 产生甲铵结晶，堵塞设备、管道，引起停车。为解决这_ - 问题，多数尿 素厂家增设了一吸外冷器。来降低吸收塔气相入口温度，防止_ 段吸收塔超温，造成二氧化 碳上窜，氨冷器结晶。 ， 2 3 二分塔改造 尿液在二分塔内顶部宝塔型喷嘴进行闪蒸分离，产量提高后，由于塔径偏小，在分离过 程中，气速较高，易造成液体夹带，造成二循一冷尿素含量高，一分塔操作困难，且二分塔 过料不稳，蒸发系统不易操作。针对上述问题，可将二分塔简体加高，并在原喷头的下部新 增环槽式液体分布器，同时将鲍尔环填料改为规整填料

10、。改造后增加了传质、传热效果，解 第十五届全国尿素厂年会论文资料集 决了物料偏流及带液问题，二分塔的生产能力提高了3 0 ，而且甲铵分解率、总氨蒸出率 也明显提高，并降低了蒸汽消耗。 3蒸发系统改造 3 1 增加洗涤回收装置 产量提高以后，一段蒸发分离器分离效果明显下降，蒸发气相中夹带尿素增多，造成解 吸废液中尿素含量高达1 5 ，既损失了尿素，又污染了环境。将解吸废液中的尿素回收既 减少损失i 又保护环境。多数尿素厂家增加了洗涤回收装置。 尿素洗涤回收技术的回收塔安装在一段蒸发分离器相出口，用二表液做为洗涤回收液， 用洗涤回收泵送至洗涤回收塔，经喷头雾化，再经过高效塔板二次吸收洗涤，从而达到

11、回收 一段蒸发和闪蒸气相中的尿素的目的。 3 2 蒸汽喷射器改为水喷射器 在一段蒸发系统抽真空装置改造过程中，可利用液体抽真空，代替原来的蒸汽喷射器， 并把蒸发表冷器内未冷凝的N H 3 和C 0 2 全部冷凝回收，取得了较好的经济效益和社会效益。 4 增设O 6 、，l l a a 蒸汽膨胀槽 尿素装置原设计中出一分加热器、二分加热器的蒸汽冷凝液进入0 3M P a 膨胀槽内闪蒸 为0 3M P a 的低品质保温蒸汽。尿素产量增加后，系统保温量并无明显增加，而来自中、低 压加热设备的冷凝液增加很多，致使膨胀槽经常出现超压放空和冷凝液过剩排放，造成热量 浪费。 为合理利用热能，可在一分加热器液

12、位槽后增加O 6 M p a 蒸汽膨胀槽，闪蒸出的0 6M P a 蒸汽用于蒸发升压器或解吸系统。 5结束语 通过这些改造，提高了C 0 2 转化率和装置的生产能力，降低了中低压负荷与生产消耗， 减少了排出废液氨和尿素的含量，达到了稳产、高产、低耗的目的，为企业的长足发展奠定 良好的基础。 ( 上接第4 3 页) 1 1 4m 3 tu r 降至9 8 8m 3 tu r 其循环水泵的电耗方面有明显降低。建议将尿素设备根据对水温要 求，将尿素换热设备分为若干组串联以达到节能降耗的目的，但这样对设计计算流程配置调节 提出更高要求，换热器换热面积将略有增大，基建费用略有增加，但运行费用将有明显降低

13、。 7调温水的热能回收 低压甲铵洗涤器调温水水温较低，其热能一般不做回收，直接由循环冷却水移走。高压 甲铵洗涤器调温水水温高，热品位高，有较大的回收价值。传统流程将采用1 3 0 调温水的 高压甲铵洗涤器约1 4 0 的回水引入低压分解加热器进行热自回收，回收热能相当于O 1 ，t 蒸汽t O r ，在此处热能不能完全回收，还需水冷后再循环使用，此处热回收笔者认为还不是 最佳之处。由汽提塔来的尿液经减压膨胀后温度降至1 0 7 “ C 左右再经蒸馏换热后温度还会上 升1 0 左右j 与高调水传热温差只有2 0 左右若将热回收段移至一蒸加进口前，传热温差 将增至5 0 ，回收热量会进一步增加，因此建议将热回收段移至该处，一可尽量多的回收 热能，二可适当将高调水上水温度降低对热回收影响也不大，可减少高压甲铵洗涤器的换热 面积，灵活高压甲铵洗涤器的操作。 以上是笔者对C 0 2 汽提工艺的一点粗浅认识，不对之处还请各位专家、同行不吝赐教。